DE3405907C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorlager für Kraftfahrzeuge mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, gattungsbestimmenden Merkmalen.

Zweck der Lagerung eines Motors am Fahrgestell oder der Karosserie eines Kraftfahrzeuges mittels Lagern der eingangs genannten Art ist es allgemein, die Einleitung von Schwingungen, die durch den Betrieb des Motors oder durch Erschütterungen, die das Fahrzeug im Fahrbetrieb erfährt, angeregt werden können, in die Fahrgastzelle, wo sie zu einer für den Fahrer unangenehmen Geräuschbelästigung oder unangenehmen Vibrationen führen können, weitgehend zu vermeiden. Dabei ist die Schwingungsisolierung der Fahrgastzelle sowohl im Frequenzbereich akustischer Schwingungen, die von 20 Hz bis hin zu 1000 Hz und mehr als auch im Eigenschwingungsbereich des Lager-Massen- Systems, der von einigen Hertz, z. B. 5 Hz bis etwa 15 Hz, reicht, gleichermaßen von Bedeutung, wobei wegen der im Eigenschwingungsbereich des Lager-Massen-Systems in Betracht zu ziehenden Resonanzüberhöhung der Schwingungsamplituden auch dafür gesorgt werden muß, daß diese Resonanzüberhöhung möglichst gering gehalten wird, sowohl um das bzw. die Motorlager zu schonen als auch um störende Vibrationen des Fahrzeugs möglichst weitgehend zu unter­ drücken.

Unter "Resonanzüberhöhung" wird das Verhältnis A/a der bei resonanter Schwingungsanregung durch eine periodische Kraft auftretenden Schwingungsamplituden A zu den "Anregungsamplituden" a verstanden, d. h. z. B. vertikalen Auslenkungen der Höhe a, die das Fahrzeug erfährt, wenn es, z. B. auf einem Prüfstand stehend, periodisch mit der Eigenfrequenz des Lager-Massen-Systems periodisch gegenüber einer mittleren Höhenlage um die Strecke a angehoben und abgesenkt wird. Sind die Motorlager lediglich als gummielastische Puffer ausgebildet, so ergeben sich Werte der Resonanzüberhöhung von 15 und mehr.

Um bei einer Schwingungsanregung des Lager-Massen-Systems in dessen Eigenfrequenzbereich das Auftreten stark überhöhter Schwingungsamplituden, die zu höchst unkomfortablen und auch verschleißfördernden Vibrationen des Fahrzeuges führen würden, auf ein tolerierbares Maß zu begrenzen, ist es bekannt, im Rahmen von Motorlagern zusätzlich zu gummielastischen Puffern als Dämmkörper, durch deren Dämmwirkung eine gute Schwingungsisolation der akustischen Schwingungen möglich ist, hydraulische Dämpfeinrichtungen vorzusehen, welche im Eigenschwingungsbereich des Lager-Massen-Systems eine dämpfende Wirkung haben. Derartige Dämpfeinrichtungen bestehen z. B. aus einem doppelt wirkenden Hydrozylinder mit durch die Relativbewegungen der schwingungsfähigen Massen angetriebenen Kolben, durch dessen Bewegungen mit alternierender Strömungsrichtung ein Ölstrom durch zwei Strömungspfade getrieben wird, die stark unterschiedliche Strömungswiderstände haben. Wird ein kritischer Wert der Schwingungsamplitude bzw. des Kolbenhubes überschritten, so wird der mit dem geringeren Strömungswiderstand behaftete Strömungspfad abgesperrt, so daß das Arbeitsmedium des Hydrozylinders nunmehr durch den mit dem großen Strömungswiderstand behafteten Strömungspfad gezwungen wird. Verglichen mit einer rein elastischen Abstützung des Motors am Fahrgestell wird durch ein derartig hydraulisch bedämpftes Lager zwar eine deutliche Reduktion der vorstehend erläuterten Resonanzüberhöhung auf Werte um 2 erzielt, jedoch sind dann die Amplituden der resonant anregbaren - nieder­ frequenten - Schwingungen immer noch so groß, daß die damit verknüpften Vibrationen in der Fahrgastzelle als störend empfunden werden müssen.

Im Sinne einer Verringerung des für ein Motorlager, das für kleine Schwingungsamplituden im wesentlichen nur dämmend und erst ab einem Mindestbetrag der Schwingungsamplituden zusätzlich dämpfend wirkt, erforderlichen Herstellungs- und Montageaufwandes kann die aus dem DE-GM 74 40 015 bekannte Gestaltung eines Lagers in Betracht gezogen werden, bei dem in mechanischer Parallelschaltung ein gummielastischer Dämmkörper und ein vollständig mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllter Dämpfungszylinder vorgesehen sind, den in axialer Richtung ein z. B. mit dem Fahrzeugmotor starr verbundener Stab durchsetzt, der in Bohrungen der End-Stirnwände des Zylindergehäuses abgedichtet verschiebbar angeordnet ist. Auf dem Stab ist innerhalb des Zylindergehäuses eine Dämpfungsplatte in Schwingungsrichtung hin- und herverschiebbar gelagert und in den beiden möglichen Bewegungsrichtungen federnd, z. B. mittels Tellerfedern gegen den Stab abgestützt. Durch diese mechanischen Einbauten in den Dämpfungszylinder wird erreicht, daß die Dämpfungsplatte bei kleinen Schwingungsausschlägen gleichsam in der Dämpfungsflüssigkeit "stehen bleibt" und erst bei Schwingungsausschlägen, die größer sind als die Federwege der Rück­ stell-Federelemente durch Anschlagwirkung mitgenommen wird, wodurch bei größeren Schwingungsamplituden durch die nunmehr zwangsweise erfolgende Mitnahme der Dämpfungsplatte die erwünschte Dämpfung erzielt wird. Ein solches Lager wäre zwar als eine für den Einbau in ein Fahrzeug montagetechnisch günstige Baueinheit realisierbar, wegen der erforderlichen mechanischen Einbauten seines Dämpfungszylinders jedoch im Aufbau immer noch relativ kompliziert. Da der mit der Dämpfungsplatte bewegungsgekoppelte Stab in mindestens einer axialen Bohrung des Dämpfungszylindergehäuses verschiebbar geführt und gegen diese Bohrung abgedichtet sein muß, wäre das Lager auch äußerst störanfällig, da eine zur verschiebbaren Abdichtung des Stabes vorgesehene Ringdichtung einem erheblichen Verschleiß und auch hohen thermischen Belastungen ausgesetzt wäre, insbesondere dann, wenn das Lager über längere Zeit dämpfend arbeitet, was bei einem Einsatz bei einem Fahrzeug häufig der Fall sein wird. Es kann daher davon ausgegangen werden, daß auch ein Lager des durch das DE-GM 74 40 015 bekannten Typs als Motorlager nicht geeignet wäre.

Für die vorstehend erläuterten Lager war - stillschweigend - vorausgesetzt, daß deren Dämpfungsmedium - Hydrauliköl - eine sogenannte Newton′sche Flüssigkeit sei, d. h. eine Flüssigkeit, deren Viskosität frequenzunabhängig ist. Bei einer solchen Flüssigkeit nimmt dann die Kraft, die erforderlich ist, um durch Schwingungsbewegungen erzwungene Strömungsbewegungen zu erzielen, linear mit der Frequenz der Schwingungen zu.

Ein mit einer Newton′schen Flüssigkeit bedämpftes Lager zeigt daher mit zunehmender Schwingungsfrequenz eine mit dieser linear zunehmende dynamische Versteifung, mit der eine entsprechende Verschlechterung seiner Dämmungseigenschaften verknüpft ist.

Der Nachteil einer mit der Schwingungsfrequenz drastisch zunehmenden dynamischen Versteifung eines flüssigkeitsbedämpften Motorlagers wird noch gravierender, wenn als Dämpfungsflüssigkeit eine - nicht-Newton′sche-Flüssigkeit eingesetzt wird, die mit zunehmender Frequenz eine überproportional zunehmende Viskosität zeigt, wie es für dilatante Flüssigkeiten charakteristisch ist, die zwar, wie durch die US-PS 34 42 501 bekannt, dank dieser Eigenschaft sehr gut für Stoßdämpfer geeignet sind, mittels derer kurzzeitige und insoweit hochfrequente Stöße wirksam aufgefangen werden sollen, bei "weichen" oder "langsam" Stößen, d. h. niederfrequenten Belastungen aber keine nennenswerte Dämpfung vermitteln. Der Einsatz solcher dilatanter Flüssigkeiten bei einem Motorlager zur Bekämpfung der resonant anregbaren Schwingungen würde zu höheren Frequenzen hin zu einer nicht mehr tolerierbaren dynamischen Versteifung des Lagers führen.

Dasselbe gilt sinngemäß, wenn bei einem Motorlager zur Unterdrückung resonant anregbarer Schwingungen als Dämpfungsmedium ein Silikon-Material eingesetzt wird, das die Eigenschaft hat, bei dynamischen Beanspruchungen hart, gegenüber niederfrequenten oder statischen Beanspruchungen jedoch nachgiebig - plastisch - zu sein. Ein derartiges Material ist zwar, wie durch die DE-AS 11 12 349 bekannt, ebenfalls sehr gut zur Realisierung von Stoßdämpfern geeignet, mittels derer kurzzeitig wirkende, kräftige Stöße aufgefangen werden sollen, wäre aber, wegen der mit seiner Verwendung in einem Motorlager einhergehenden dynamischen Versteifung desselben ebenfalls nicht geeignet.

Um den Nachteil der relativ hohen dynamischen Versteifung flüssigkeitsbedämpfter Motorlager wenigstens teilweise zu vermeiden, ist es weiter bekannt (DE-GM 77 20 789) als Dämpfungsmedium eine - ebenfalls nicht-Newton′sche - pseudoplastische Flüssigkeit einzusetzen, d. h. eine Flüssigkeit, die mit zunehmender Frequenz erzwungener periodischer Strömungsbewegungen, denen sie ausgesetzt ist, eine abnehmende Viskosität zeigt, mit der Folge, daß das mit einer solchen Flüssigkeit bedämpfte Motorlager, verglichen mit einem Motorlager, das mit einer Newton′schen Flüssigkeit bedämpft ist, eine geringere Zunahme der - gleichwohl unvermeidbaren - dynamischen Versteifung zu höheren Frequenzen hin zeigt.

Weiterhin ist die Herstellung von - dilatanten - Copolymerisatdispersionen, die innerhalb eines weiten Konzentrationsbereiches des Copolymerisat-Gehaltes und mit enger Teilchengrößenverteilung, d. h. geringer Streuung der Teilchengrößen realisiert werden können und sich durch eine gute Langzeitkonstanz ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften auszeichnen, z. B. in der DE-OS 30 25 562, auf die insoweit Bezug genommen sei, detailliert beschrieben.

Von einem durch das DE-GM 77 20 789 bekannte Motorlager ist im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen.

Bei dem bekannten Motorlager sind zwei übereinander angeordnete Flüssigkeits-Aufnahmeräume vorgesehen, die durch eine Platte mit einer zentralen blinden Öffnung gegeneinander abgesetzt sind, über die die beiden Flüssigkeitsaufnahmeräume miteinander kommunizieren. Sie sind vollständig mit der pseudoplastischen Flüssigkeit verfüllt. Der obere Aufnahmeraum ist in radialer Richtung durch einen Dämmkörper, der die Form eines dickwandigen Kegelstumpf- Mantels hat und nach oben hin durch ein Stützteil, das z. B. mit dem Motor des Fahrzeugs fest verbindbar ist, abgeschlossen. Der untere Aufnahmeraum ist in radialer Richtung durch ein zylindrisches Gehäuseteil des Lagers begrenzt und in axialer Richtung durch einen Kolben, der in diesem Gehäuseteil in Richtung der anregbaren Schwingungen hin- und herverschiebbar gelagert und gegen die Zylinderwand abgedichtet ist. Der den zylindrischen Aufnahmeraum nach unten begrenzende Kolben ist mit dem den oberen Aufnahmeraum nach oben abschließenden Stützteil zugfest verbunden. Bei Schwingungsbewegungen, in deren Verlauf sich der Abstand zwischen Motor und Karosserie verringert, wird der Kolben durch die in den zylindrischen Aufnahmeraum hinein verdrängte Flüssigkeit nach unten geschoben, bei Schwingungsbewegungen, bei denen sich der Abstand zwischen Motor und Karosserie vergrößert, wird der Kolben vom Zugglied nach oben mitgenommen und dadurch Flüssigkeit aus dem zylindrischen Aufnahmeraum in den oberen Aufnahmeraum zurückverdrängt. Dabei wird die Flüssigkeit mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch die Blendenöffnung gedrängt, wodurch aufgrund der inneren Reibung in der Flüssigkeit ein beträchtlicher Anteil der Schwingungsenergie in Wärme umgesetzt und dadurch die erwünschte Schwingungsdämpfung erzielt wird.

Das bekannte Motorlager ist, ungeachtet relativ günstiger Dämmungseigenschaften mit zumindest den folgenden Nachteilen behaftet:

Da die - pseudoplastische - Dämpfungsflüssigkeit, wenn das Lager im Frequenzbereich der Eigenschwingung des Lager- Massen-Systems eine erwünscht hohe Dämpfung entfalten soll, in diesem Frequenzbereich eine hohe Viskosität haben muß, wird das bekannte Motorlager, auch wenn die Viskosität seiner Dämpfungsflüssigkeit mit zunehmender Schwingungsfrequenz abnimmt, im Bereich der höherfrequenten akustischen Schwingungen immer noch eine erhebliche Viskosität aufweisen, mit der Folge, daß das Dämm-Verhalten des Lagers nicht allein durch die elastischen Eigenschaften seines Dämmkörpers bestimmt ist, was als günstigst-möglicher Fall anzusehen wäre, sondern immer noch - bedingt durch die jeweils wirksame "Rest-Viskosität" eine erhebliche dynamische Versteifung entfalten, wobei, je besser die Dämpfungseigenschaften des bekannten Lagers im Bereich der niederfrequenten Schwingungen sind, seine Dämmeigenschaften bezüglich der akustischen Schwingungen um so schlechter sind; eine Optimierung des bekannten Lagers ist daher allenfalls im Sinne eines bestmöglichen Kompromisses möglich. Es kommt hinzu, daß das bekannte Lager, bedingt durch die Anordnung eines verschiebbaren Kolbens in dem zylindrischen Aufnahmeraum einen komplizierten Aufbau hat und dadurch zwangsläufig störanfällig ist, da die für die Abdichtung des Kolbens gegen die Gehäusewand erforderliche Dichtung erheblichen thermischen Belastungen ausgesetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Motorlager der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es bei gleichwohl guten Dämmeigenschaften im Frequenzbereich der akustischen Schwingungen eine wirksamere Reduktion der bei niederfrequent-resonanter Schwingungs-Anregung des Lager-Massen-Systems auftretenden Amplituden vermittelt und dabei trotzdem einfach aufgebaut und entsprechend preisgünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Hiernach wird der für eine dilatante Flüssigkeit der angegebenen Art charakteristische, bei einem Überschreiten kritischer Werte der Scherung und der Schergeschwindigkeit auftretende drastische Viskositätssprung ausgenutzt, um einen damit korrelierten Steifigkeitssprung des Motorlagers insgesamt zu erzielen und zwar auf einen Betrag der Steifigkeit, der deutlich größer ist als die Steifigkeit des zur Dämmung hochfrequenter akustischer Schwingungen im Rahmen des Motorlagers vorgesehenen Dämmkörpers. Dabei wird ausgenutzt, daß sich die Eigenschwingungsfrequenz des Lager-Massen-Systems mit zunehmender Steifigkeit des Lagers zu höheren Frequenzen hin verschiebt, mit der Folge, daß die Resonanzfrequenz mit dem Anspringen des Lagers bei Überschreiten der genannten überkritischen Schwellenwerte zu höheren Frequenzen hin "wegwandert" und daher eine resonante Schwingungsanregung auch nicht mehr eintreten kann. Es wird eine drastische Reduzierung der Schwingungsamplituden, mit denen die über das Lager miteinander gekoppelten schwingungsfähigen Körper gegeneinander schwingen können, erzielt. In Einheiten einer - fiktiven - Resonanzüberhöhung ausgedrückt, bedeutet dies, daß für das erfindungsgemäße Lager Werte einer solchen Resonanzerhöhung von allenfalls 1,1 oder noch weniger von 1 verschiedene Werte anzusetzen sind, d. h. daß in dem für die Einleitung von Vibrationen in die Fahrgastzelle eines Fahrzeuges kritischen Bereich praktisch keine nennenswerten Relativbewegungen von Motor und Karosserie auftreten können und mithin eine starre oder nahezu starre Verbindung zwischen Motor und Karosserie erzielt wird, die eine optimale Unterdrückung überhöhter Schwingungsamplituden vermittelt. Da bei dem erfindungsgemäßen Lager die Unterdrückung überhöhter Schwingungsamplituden durch Erhöhung der Steifigkeit des Lagers und nicht durch einen Dämpfungsprozeß erfolgt, bleibt die Wärmeentwicklung im Lager gering, wodurch dessen Langzeit- Standfestigkeit beträchtlich erhöht wird. Durch zweckgerechte Vorgabe der geometrischen Dimensionen des Strömungspfades, in dem die dilatante Flüssigkeit erzwungen Strömungsbewegungen unterworfen ist, aus denen der Steifigkeitssprung des Lagers resultiert, kann dieses auf einfache Weise bedarfsgerecht auf erwünschte Dämmeigenschaften eingestellt werden dahingehend, daß das Lager z. B. zwischen 5 und 15 Hz, d. h. im typischen Frequenzbereich der Eigenschwingungen eines üblichen Lager-Massen-Systems die vorstehend erläuterte wirksame Unterdrückung überhöhter Schwingungsamplituden vermittelt und zu höheren Frequenzen hin, d. h. im Bereich akustischer Schwingungen, die im wesentlichen allein durch die Elastizitätseigenschaften des Dämmkörpers bestimmte, optimale Dämmwirkung erzielt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 ist eine für einen Einsatz im Rahmen des erfindungsgemäßen Motorlagers besonders geeignete Klasse von dilatanten Flüssigkeiten spezifiziert, die sich durch eine gute Langzeitkonstanz ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften auszeichnen und mit den verschiedensten, bedarfsgerecht einstellbaren Werten ihrer Ausgangsviskosität sowie des kritischen Wertes S der Schergeschwindigkeit herstellbar bzw. auswählbar sind.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ist eine konstruktiv einfach realisierbare Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motorlagers angegeben.

Mit der durch die Merkmale des Anspruchs 4, ggf. der engeren Spezifizierung gemäß Anspruch 5 angegebenen Auslegung eines solchen Motorlagers eignet sich dieses insbesondere zu einer Unterdrückung überhöhter Resonanz- Schwingungsamplituden im Frequenzbereich zwischen 5 und 15 Hz.

Durch die Merkmale des Anspruchs 6 ist eine erste, spezielle Gestaltung eines solchen Motorlagers angegeben, die sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet, wobei sowohl longitudinale als auch laterale Schwingungsbewegungen wirksam begrenzt werden.

Die hierzu alternative Gestaltung eines erfindungsgemäßen Motorlagers gemäß Anspruchs 7, für das durch die Ansprüche 8 und 9 spezielle, alternative Ausgestaltungen angegeben sind, hat den Vorteil, daß in jeder Bewegungsrichtung eines als Tauchstempel ausgebildeten Verdrängungskörpers eine gute Haftung der Flüssigkeits-Grenzschicht an dem Tauchstempel erzielt und eine wirksame Amplitudenbegrenzung der Relativbewegungen von Motor und Karosserie erreicht wird.

Das durch die Merkmale des Anspruchs 10 seinem grundsätzlichen Aufbau nach angegebene Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motorlagers hat die Eigenschaft, daß sich für die in entgegengesetzter Richtung ablaufenden Schwingungshübe des Lager-Massen-Systems jeweils dieselben Strömungsverhältnisse ergeben.

Das durch die Merkmale des Anspruchs 11 seinem grundsätzlichen Aufbau nach umrissene, nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Motorlager zeichnet sich durch einen besonders einfachen, für eine gute Funktionssicherheit günstigen Aufbau aus. Entsprechendes gilt für die durch die Merkmale des Anspruchs 12 angegebene, in spezieller Ausgestaltung durch diejenigen des Anspruchs 13 näher spezifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motorlagers, dessen besonderer Vorteil in seinem geringen Raumbedarf besteht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motorlagers mit einer in mechanischer Parallelschaltung mit einem Dämmkörper angeordneten Einrichtung zur Unterdrückung überhöhter Resonanz-Amplituden, die einen in eine dilatante Flüssigkeit hineinragenden Tauchstempel umfaßt, der die Relativbewegungen zweier gegeneinander schwingender Massenkörper mit ausführt, im Schnitt längs der zentralen Achse des Lagers, im Maßstab 1,5 : 1,

Fig. 2 und 3 weitere, alternative Ausführungsbeispiele je eines zum Lager gemäß Fig. 1 funktionsanalogen Lagers, in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung, im Maßstab 1 : 1,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Lagers mit zwei bezüglich einer lochplattenförmigen Zwischenwand symmetrisch angeordneten Dämmkörpers und einem diese miteinander verbindenden, die Öffnung der lochplattenförmigen Zwischenwand durchquerenden Kopplungsstab, in einer den Fig. 2 und 3 entsprechenden maßstäblichen Darstellung, und

Fig. 5 und 6 weitere, zu den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1-4 alternative Gestaltungen erfindungsgemäßer Lager, wiederum in einer der Fig. 2 entsprechenden maßstäblichen Darstellung.

Das in der Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellte Lager 10 mit einer erfindungsgemäß gestalteten Einrichtung zur Verminderung der Resonanzüberhöhung von Schwingungsbewegungen durch dieses Lager 10 schwingungsfähig miteinander gekoppelter starrer Körper 11 und 12 sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit, d. h. lediglich zum Zweck der Erläuterung, als Motorlager eines Kraftfahrzeuges angenommen, dessen Karosserie oder Fahrgestell durch den gemäß Fig. 1 unteren, starren Körper 11 und dessen Motor durch den oberen starren Körper 12 repräsentiert seien.

Dieses Motorlager 10 umfaßt ein mit der Karosserie 11 fest verbundenes, als Block ausgebildetes Stützteil 13 mit einem zentralen, nach oben offenen, kreiszylindrischtopfförmigen Aufnahmeraum 14, dessen vom Boden 16 bis in Höhe der oberen, kreisringförmigen Stirnfläche des Blockes 13 gemessene Höhe mit H und dessen Durchmesser mit D bezeichnet sind. Ein an eine ringscheibenförmige Lochplatte 19 und eine kreisscheibenförmige Montageplatte 22 anvulkanisierter, ringzylindrischer Dämmkörper 23 ist in koaxialer Anordnung bezüglich der Längsachse 21 des Lagers 10 zwischen dem Motor 12 und dem Stützteil 13 angeordnet und mittels der Montageplatte 22 am Motor 12 bzw. der Lochplatte 19 an dem den Aufnahmeraum 14 begrenzenden Stützteil 13 festlegbar. Der Dämmkörper 23 und die zentrale Öffnung der Lochplatte 19 haben denselben Durchmesser D wie der zylindrische Aufnahmeraum 14 des Stützteils 13.

Die mit dem statischen Zustand des Lagers 10 verknüpfte, zwischen der Lochplatte 19 und der Montageplatte 22 gemessene, mittlere Höhe des Dämmkörpers 23 ist mit h bezeichnet. Der Dämmkörper 23 besteht aus einem elastischen Material, z. B. Naturkautschuk, Silikonkautschuk, Polybutadien oder einem anderen mit solchen Materialien hinsichtlich seiner Elastizitätseigenschaften äquivalenten Elastomer.

Das Lager-Massensystem 10, 11, 12, soweit bislang erläutert, ist zu Schwingungsbewegungen anregbar, die zu im wesentlichen in Richtung des zur Längsachse 21 des Lagers 10 parallelen Doppelpfeils 24 gerichteten Auslenkungen der Körper 11 und 12 führen, entsprechend dem Eigenschwingungstyp eines federgekoppelten Zwei- Massensystems, dessen "Kopplungsfeder" der Dämmkörper 23 ist. Dieses schwingungsfähige Lager-Massensystem 11, 12, 23, hat eine Eigenfrequenz ν _E , die, ideal-elastisches Verhalten des Dämmkörpers 23 vorausgesetzt, durch die Beziehung

definiert ist, wobei mit F die wirksame Direktions- Kraftkonstante des Dämmkörpers 23 und mit M _r die reduzierte Masse des Massensystems 11, 12 bezeichnet ist, die durch die Beziehung

gegeben ist, wobei M₁ die Masse der Fahrzeugkarosserie und M₂ die Masse des Fahrzeugsmotors bezeichnen.

Typische Werte der Eigenschwingungs-Frequenzen ν _E von Motorlagern, die lediglich aus einem zwischen der Karosserie bzw. dem Fahrgestell eines Fahrzeuges und dem Motor angeordneten elastischen Dämmkörper bestehen, liegen zwischen 5 und 10 Hz.

Wird ein solches Lager-Massensystem 10, 11, 12, mit etwa der Eigenfrequenz ν _E , d. h. resonant erregt, z. B. durch die sogenannte "Straßenerregung", die durch das Überfahren von Unebenheiten der Fahrbahn ausgelöst wird, so treten in dem Lager-Massensystem 10, 11, 12, überhöhte Schwingungsamplituden auf, die einem Mehrfachen, in praktischen Fällen dem zehn- bis fünfzehnfachen der Anregungsamplitude entsprechen können. In einem solchen Fall der Resonanzüberhöhung von zehn bis fünfzehn wird ein großer Teil der Schwingungs-Energie auf die Karosserie des Fahrzeuges übertragen, woraus erhebliche, den Fahrkomfort beeinträchtigende Vibrationen der Karosserie resultieren.

Um eine wirksame Verminderung der Resonanzüberhöhung im Sinne einer vollständigen oder nahezu vollständigen Unterdrückung derselben zu erzielen, sind im Rahmen des Lagers 10 weiter die folgenden konstruktiven Maßnahmen getroffen:
der Aufnahmeraum 14 ist auf dem größten Teil seiner Höhe H mit einer Flüssigkeit 26 mit ausgeprägtem Dilatanzverfahren ausgefüllt, und es ist ein von der Montageplatte 22 nach unten abstehender, mit der Längsachse 21 des Lagers 10 koaxialer, beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zylindrisch-stabförmiger Tauchstempel 27 vorgesehen, der - im statischen Zustand des Lagers 10 - in die dilatante Flüssigkeit 26 mit einer Eintauchtiefe t hineinragt, die einem Vielfachen, z. B. etwa dem Hundertfachen der maximalen Schwingungsamplituden entspricht, auf die das Lager 10, wie im folgenden noch näher erläutert werden wird, ausgelegt ist.

Die dilatante Flüssigkeit 26 hat die Eigenschaft, daß sie, wenn sie einer Scher-Beanspruchung ausgesetzt ist und dabei ein kritischer Wert S der Schergeschwindigkeit überschritten ist, eine um 0,3 bis 6 Zehnerpotenzen erhöhte Viskosität η entfaltet, verglichen mit dem Fall, daß die Schergeschwindigkeit einen unterkritischen Wert <S hat. Diese Werteverhältnisse wurden durch Viskositätsmessungen mit einem Kapillarviskosimeter ermittelt. Zur vereinfachten qualitativen Erläuterung dessen sei im Sinne einer einfachen Näherung im folgenden der Fall betrachtet, daß eine auf einer dilatanten Flüssigkeitsschicht der Dicke Y schwimmende Platte in X-Richtung mit der konstanten Amplitude x₀ und der Frequenz ν periodisch hin und herbewegt werde. Die periodische Auslenkung dieser Platte in X-Richtung ist dann durch die Beziehung

X = x₀ · e ^{i ω t} , mit ω = 2 π ν (3)

gegeben.

Dieser Auslenkung entspricht dann eine Scherung γ gemäß der Beziehung

γ = γ₀ · e ^{i ω t} (4)

mit

Aus den Beziehungen (4) und (5) folgt dann für die sogenannte Schergeschwindigkeit die Beziehung

Die Schergeschwindigkeit hat gemäß der Beziehung (6) dem Betrage nach den Wert .

Die vorstehend erwähnte drastische Änderung der Viskosität der dilatanten Flüssigkeit 26 tritt hiernach ein, wenn der Wert ω x₀/Y den - materialspezi­ fischen - Schwellenwert S überschreitet.

Für den zur Erläuterung betrachteten Modellfall der periodisch auf einer dilatanten Flüssigkeitsschicht hin und her bewegten Platte bedeutet dies, daß der Wert

ω x₀ = Y · S (7)

eine für diese Anordnung charakteristische Konstante bezeichnet, bei deren Überschreiten der Viskositätssprung der dilatanten Flüssigkeit zu höheren Werten hin eintritt. Diese Konstante Y · S enthält die Schichtdicke der dilatanten Flüssigkeit als Geometriefaktor sowie den materialspezifischen Schwellenwert-Faktor S.

Wird - bei vorgegebener Bewegungsamplitude x₀ - durch Erhöhung der Frequenz der Hin- und Herbewegung der durch die Beziehung (7) definierte, insgesamt anordnungsspezifische Wert Y · S überschritten, so ist die Kraft, die erforderlich ist, um die Platte zu bewegen, drastisch erhöht.

Die Beziehung (7) ist kaum dahingehend verallgemeinert worden, daß für beliebige Systeme schwingungsfähiger Massen, durch deren Relativbewegungen einer dilatanten Flüssigkeit erzwungene Strömungsbewegungen aufgeprägt werden, eine analoge Beziehung

ω x₀ = G · S (8)

gilt, wobei mit G ein Geometriefaktor bezeichnet ist, der die Dimension einer Länge hat - im Sinne einer effektiven Schichtdicke - und gleichsam das Umsetzungsverhältnis berücksichtigt, mit dem die Schwingungsbewegungen des jeweiligen Massensystems in damit korrelierte, erzwungene Strömungsbewegungen der dilatanten Flüssigkeit 26 umgesetzt werden. Die geometrische Dicke der dilatanten Flüssigkeitsschicht, in der eine Scherströmung auftritt, ist hierbei als eine obere Schranke für den jeweiligen Geometriefaktor G anzusehen, die dann anzusetzen ist, wenn, wie beim gewählten Erläuterungsbeispiel, in dieser Flüssigkeitsschicht ausschließlich Scherbewegungen auftreten, die, über die Schichtdicke der Flüssigkeit 26 gesehen zu einem linearen Strömungsgeschwindigkeitsprofil, d. h. konstanter Schergeschwindigkeit führen.

Bei dem Lager 10 gemäß Fig. 1 hingegen, bei dem mit von dem Tauchstempel mit ausgeführten Schwingungsbewegungen des Motors 12 gegen die Karosserie 11 in dem mit dem Stempel 27 koaxialen Ringspalt 18, je nach dessen Weite, mehr oder weniger ausgeprägte Verdrängungsbewegungen der dilatanten Flüssigkeit 26 auftreten, ist anstelle der der Spaltweite a entsprechenden geometrischen Dicke der dilatanten Flüssigkeitsschicht 26 ein kleinerer Effektivwert des Geometriefaktors G in der Beziehung (8) zu berücksichtigen (z. B. G=½ a), wobei der Absolutwert des Geometriefaktors durch konstruktive Vorgabe der Spaltweite a des Ringspaltes 18 in weiten Grenzen eingestellt werden kann.

Eine bestimmte Schwingungsamplitude x₀ vorausgesetzt, bedeutet dies, daß die Anregungsfrequenz ω bei der die dilatante Flüssigkeit 26 die drastische Erhöhung ihrer Viskosität erfährt, gezielt zu niedrigen Frequenzwerten hin verschoben werden kann.

Diese Möglichkeit wird bei dem Lager 10 zur Verminderung überhöhter Resonanzamplituden im Frequenzbereich der Eigenschwingung des Lager-Massensystems 10, 11, 12 wie folgt ausgenutzt:

Das Lager 10 wird hinsichtlich der Abmessungen des Tauchstempels 27, des Aufnahmeraumes 14 für die dilatante Flüssigkeit sowie hinsichtlich der Dilatanz- Eigenschaften dieser Flüssigkeit 26 so ausgelegt, daß der Viskositätssprung der dilatanten Flüssigkeit schon bei einer Anregungsfrequenz eintritt, die niedriger ist als die Eigenfrequenz ν _E des Lager-Massensystems 10, 11, 12. Das Lager 10 erfährt dann als Folge des bei einem Überschreiten des durch die Beziehung (8) gegebenen kritischen Wertes der Größe ω · x₀ eintretenden Viskositätssprunges der dilatanten Flüssigkeit 26 einen Steifigkeitssprung, wobei es gleichsam "hart" wird und eine starre Ankopplung des Motors 12 an die Karosserie 11 des Fahrzeuges vermittelt. Dadurch wird erreicht, daß im Bereich der Eigenschwingung des Lager-Massensystems 10, 11, 12 praktisch keine nennenswerte Resonanzüberhöhung mehr auftreten kann.

Durch die insoweit erläuterte Auslegung des Lagers 10 auf einen nach experimentellen Ergebnissen realistischen Betrag des kritischen Wertes des Produktes ω · x₀ von z. B. 6000 µm/s können zwar Resonanzschwingungen unterdrückt werden, die ansonsten durch die sogenannte Straßenanregung erregbar wären, deren maximale Erregungsamplituden von ca. 200 µm bei etwa 10 Hz erreicht werden, was einem überkritischen Wert des Produktes ω · x₀ von ca. 12 000 µm/s entspricht. Da die Amplituden der durch die Straßenanregung erregbaren Schwingungen mit zunehmender Frequenz drastisch abnehmen, - die gemessene Abhängigkeit folgt etwa einem 1/ω⁴-Gesetz -, wird der Wert des Produktes ω · x₀ für Anregungsfrequenzen ν≳15 Hz wieder unterkritisch und damit das Lager 10 wieder nachgiebig, d. h. schwingungsfähig. Zu höheren Frequenzen hin, d. h. im sog. akustischen Frequenzbereich kommen aber nun durch den Betrieb des Motors anregbare Schwingungen ins Spiel, die mit Amplituden von ca. 50 µm behaftet sein können und bei Vier-Zylinder-Motoren, die hier als gleichsam "ungünstigster Fall" zu betrachten sind, bis hin zu 200 Hz mit den genannten Amplitudenbeträgen anregbar sind (diese Anregungsfrequenz entspricht der sogenannten zweiten Motorordnung bei 6000 U/min). Die Anregung solcher akustischer Schwingungen, deren Dämmung durch den Dämmkörper 23 des Lagers 10 vermittelt werden soll, erfolgt durch nicht ausgeglichene Massenkräfte sowie durch die dynamischen Kräfte des mit dem Antriebsstrang gekoppelten Motors. Da bei Schwingungsamplituden von 50 µm schon ab einer Frequenz von etwa 20 Hz der zu 6000 µm/s angenommene kritische Wert des Produktes ω · x₀ wieder überschritten wird, würde das Lager 10, wenn es allein auf das Überschreiten dieses kritischen Wertes ankäme, für einen weiten Frequenzbereich der durch den Motor anregbaren Schwingungen als starres Kopplungselement wirken, mit der Folge, daß Schwingungen mit Frequenzen ≳20 Hz als den Fahrkomfort erheblich beeinträchtigender Körperschall in die Karosserie eingeleitet würden.

Umfangreiche systematische Experimente mit dilatanten Flüssigkeiten der verschiedensten Art haben jedoch ergeben, daß der erläuterte Viskositätssprung nicht nur das Überschreiten eines kritischen Schwellenwertes S der Schergeschwindigkeit bzw. eines kritischen Wertes des Produktes ω · x₀ voraussetzt, sondern daß auch eine Mindestscherung γ _min der dilatanten Flüssigkeit überschritten werden muß, wobei Werte dieser Mindestscherung γ _min zwischen 0,2 und 5, bevorzugt zw. 0,5 bis 2 liegen. Unter Beachtung dieser durch Experimente gewonnenen Erkenntnis ist das Lager 10 durch zweckgerechte geometrische Dimensionierung des Tauchstempels 27 und des Aufnahmeraumes 14 dahingehend ausgelegt, daß der Mindestwert, γ _min der Scherung der dilatanten Flüssigkeit unter dem Einfluß der durch den Motor anregbaren akustischen Schwingungen nicht erreicht wird und mithin das Lager 10 für Schwingungen, deren Amplituden kleiner als z. B. 60 µm sind, gleichsam "weich" bleibt, so daß für solche Schwingungen die Dämmeigenschaften des Lagers im wesentlichen durch diejenigen des Dämmkörpers 23 bestimmt sind, der im gesamten Bereich der akustischen Schwingungen, d. h. im Frequenzbereich≳15 Hz eine gute Dämmung vermittelt.

Hierzu ist das Lager 10 in spezieller Gestaltung wie folgt realisiert:

Der kreisringförmige Dämmkörper hat eine Höhe h von 15 mm, sein Innnendurchmesser D beträgt 50 mm und sein Außendurchmesser 70 mm. Der Tauchstempel 27 hat eine in Richtung der zentralen Achse 21 des Lagers 10 gemessene Länge L von 35 mm, sein Durchmesser beträgt 44 mm. Die Höhe H des Aufnahmeraumes beträgt 30 mm und sein Durchmesser D ebenfalls 50 mm.

Als dilatante Flüssigkeit 26 ist in dem Lager 10 jede dilatante Flüssigkeit geeignet, sofern sie die oben beschriebenen rheologischen Bedingungen erfüllt. Besonders geeignet sind dilatante Flüssigkeiten, die durch Emulsions- Copolymerisation von α, β-monoolefinisch ungesättigten Mono- und/oder Dicarbonsäuren mit anderen monoolefinisch ungesättigten Monomeren und gegebenenfalls kleinen Mengen an mehrfach olefinisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart üblicher Emulgier- und Dispergiermittel sowie Polymerisationsinitiatoren hergestellt wurden, und deren Copolymerisat- Gehalt etwa 50% beträgt. Copolymerisat-Dispersionen dieser Art können mit den verschiedensten Werten der Ausgangsviskosität sowie der kritischen Schergeschwindigkeit S realisiert werden, deren Variationsbereich etwa zwischen 1 s^-1 und 10⁴ s^-1 beträgt, so daß in Kombination mit der geometrischen Gestaltung eines Motorlagers oder einer anderen Einrichtung zur Unterdrückung von Schwingungsresonanzen weitreichende Anpassungsmöglichkeiten an die jeweiligen Bedarfsverhältnisse gegeben sind.

Anhand der Fig. 2 bis 6, auf deren Einzelheiten wiederum ausdrücklich verwiesen sei, werden im folgenden bauliche und funktionelle Eigenschaften von Lagern 20, 30, 40, 50 und 60 erläutert, die zu dem anhand des Lagers 10 gemäß Fig. 1 geschilderten zweckanalog einsetzbar sind. Bau- und funktionsgleiche oder -analoge Elemente dieser Lager sind in den Zeichnungsfiguren jeweils mit denselben Bezugszeichen belegt.

Es ist jeweils vorausgesetzt, daß die Lager 20, 30, 40, 50 und 60 rotationssymmetrisch bezüglich ihrer zentralen Längsachsen 21 ausgebildet sind, durch deren vertikalen Verlauf auch die Richtung der Schwingungsbewegungen markiert ist, die der Motor 12 und die Karosserie 11 gegeneinander oder miteinander ausführen.

Das Lager 20 gemäß Fig. 2 ist hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktion demjenigen gemäß Fig. 1 weitgehend analog. Sein Dämmkörper 23 hat die Grundform eines dickwandigen Kegelstumpf- oder Glockenmantels, der zentral an die konische Mantelfläche eines kegelstumpfförmigen Stützteils 28 und peripher an den konischen Mantel 29 eines trichterförmig ausgebildeten Tragteils 62 anvulkanisiert ist, dessen konische Innenfläche in der Schnittdarstellung der Fig. 2 etwa parallel zu der Kegelmantelfläche des Stützteils 28 verläuft. Das Tragteil 62 hat einen vom unteren Basisrand seines Trichtermantels 29 nach außen abstehenden, radialen Standflansch 63, mit dem es sich an der ringscheibenförmigen Lochplatte 19 abstützt, über deren zentrale Öffnung der durch das Stützteil 13 begrenzte Aufnahmeraum 14 für die dilatante Flüssigkeit 26 mit dem darüber angeordneten, im wesentlichen durch den Dämmkörper 23 begrenzten Ausgleichsraum 41 kommuniziert. Eine zwischen der Lochplatte 19 und der oberen Ringstirnfläche 17 des Stützteils 13 angeordnete Ringscheibendichtung ist mit 64 bezeichnet.

Der Dämmkörper 23, die Lochplatte 19 und die Dichtung 64 sind mittels eines am oberen Teil des Stützteils 13 angerollten Halteringes 66, der mit einem den Standflansch 63 des trichterförmigen Tragteils 62 übergreifenden und an diesen angepreßten Innenrand 67 versehen ist, in der dargestellten, bezüglich der Längsachse 21 des Lagers 20 koaxialen Lage belastungssicher gehalten. Im eingebauten Zustand des Lagers 20 ist der Dämmkörper 23 mit der größeren Basisfläche seines kegelstumpfförmigen Stützteils 28 am Motor 12, z. B. einem Trägerflansch desselben, abgestützt.

Der sich nach unten an das Stützteil 28 anschließende Tauchstempel 27 hat einen durch die zentrale Öffnung der Lochplatte 19 hindurchtretenden, zylindrischen Abschnitt 31 und einen kegelstumpfförmigen, nach unten hin im Durchmesser zunehmenden Endabschnitt 32.

Der durch das Stützteil 13 begrenzte Aufnahmeraum 14 für die dilatante Flüssigkeit hat, in der Schnittdarstellung der Fig. 2 gesehen, eine zur Form des kegelstumpfförmigen Endabschnittes 32 des Tauchstempels 27 geometrisch ähnliche Form, wobei die vom Boden 16 des Aufnahmeraumes 14 aus gemessene Neigung der konischen Wandfläche 34 des Aufnahmeraumes und die Neigung der Kegelmantelfläche 35 des Endabschnittes 32 des Tauchstempels 27 ca. 60° betragen. Der Aufnahmeraum 14 ist mindestens bis in Höhe der unteren Begrenzungsfläche des inneren, ringscheibenförmigen Bereiches der Lochplatte 19 mit der dilatanten Flüssigkeit gefüllt, beim dargestellten Ausführungsbeispiel so weit, daß der Flüssigkeitsspiegel - in der statischen Ruhelage des Lagers 20 - etwa in halber Höhe des durch die Öffnung der Lochplatte 19 und den zylindrischen Abschnitt 31 des Tauchstempels 27 begrenzten Ringspaltes 18 verläuft, dessen durch die Dicke der Lochplatte 19 bestimmte Höhe 5 mm beträgt. Der durch das Stützteil 13 begrenzte Aufnahmeraum 14 und der Tauchstempel 27 sind so dimensioniert, daß - wiederum in der Ruhelage des Lagers 20 gesehen - die rechtwinklig zu ihren ebenen und ihren geneigten Begrenzungsflächen gemessenen Schichtdicken der dilatanten Flüssigkeit 26 jeweils etwa 4-6 mm betragen. Zur Vereinfachung der Herstellung des Lagers 20, das als eine vormontierte Baueinheit einsetzbar sein soll, kann es zweckmäßig sein, wenn das den Aufnahmeraum 14 begrenzende, insgesamt mit 13 bezeichnete Stützteil, zweiteilig ausgebildet ist und, wie in der Fig. 2 schematisch angedeutet, eine Bodenplatte 13′ und einen den konischen Aufnahmeraum 14 im übrigen begrenzenden Körper 13′′ umfaßt, die z. B. durch Schraubverbindungen 36 fest miteinander verbunden sind. Zur karosserieseitigen Befestigung des Lagers 20 kann ein von der Bodenplatte 13′ ausgehender Gewindebolzen 37 vorgesehen sein, zur motorseitigen Befestigung ein Gewindebolzen 38, der, von dem zylindrischen Abschnitt 31 des Tauchstempels 27 ausgehend, durch eine zentrale Bohrung des kegelstumpfförmigen Stützteils 28 und eine Flanschbohrung des Motorgehäuses 12 hindurchtritt.

Durch die sich nach oben verjüngende Gestaltung des Aufnahmeraumes 14 und die damit geometrisch ähnliche Form des kegelstumpfförmigen Endabschnittes 32 des Tauchstempels 27, in Verbindung mit einer - geringen - Spaltweite des Ringspaltes 18 von etwa 2-4 mm wird erreicht, daß sich die Steifigkeit des Lagers 20 bei überkritischen Werten der Mindestscherung und der Schergeschwindigkeit, verglichen mit der Steifigkeit des Dämmkörpers 23, für sich allein gesehen, auf etwa den acht- bis zehnfachen Wert erhöht. Außerdem wird wirksam vermieden, daß im Zustand drastisch erhöhter Viskosität der dilatanten Flüssigkeit 26 deren inniger Kontakt mit dem Tauchstempel 27 "abreißen" kann, was zu einer Minderung der resonanzunterdrückenden Eigenschaften des Lagers 20 führen könnte.

Unter diesem Gesichtspunkt günstig ist auch die in der Fig. 3 wiedergegebene spezielle Gestaltung eines Motorlagers 30, das sich von dem Lager 20 gemäß Fig. 2 im wesentlichen nur durch eine hohlkugelförmige Gestaltung des Aufnahmeraumes 14 und eine kugelförmige Gestaltung des unteren Endabschnittes 32 des Tauchstempels 27 unterscheidet.

Bei dem Lager 30 werden für die in Richtung des Doppelpfeils 24 erfolgenden Eintauch- und Aushub-Schwingungsbewegungen des Tauchstempels 27 in guter Näherung dieselben Strömungsverhältnisse erzielt.

Bei einer für das Lager 30 ebenfalls vorteilhaften, zweiteiligen Ausbildung des Stützteils 13 ist dieser in der Äquatorialebene seines hohlkugelförmigen Aufnahmeraumes 14 unterteilt.

Bei den anhand der Fig. 1-3 erläuterten Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Lager 10, 20 und 30 werden beim Eintauchen des Tauchstempels 27 in die dilatante Flüssigkeit 26 Zwangsströmungen derselben ausgelöst, durch die ein Teil der Flüssigkeit in einen oberhalb des Aufnahmeraumes 14 angeordneten, lufterfüllten Ausgleichsraum 41 überströmen kann. Die in den Ausgleichsraum 41 übergetretene Flüssigkeit muß, wenn sich der Tauchstempel 27 wieder - nach oben - zurückbewegt, unter dem Einfluß des im Ausgleichsraum 41 herrschenden Luftdruckes sowie der Schwerkraft wieder zurück in den Aufnahmeraum bzw. den Ringspalt 18 strömen können. Die vorstehend erläuterten Lager 10, 20 und 30 sind daher nur für einen Einbau mit vertikaler Anordnung ihrer Längsachse 21 ge­ eignet.

Im Unterschied dazu können die in den Fig. 4-6 dargestellten Lager 40, 50 und 60, die lediglich der Einfachheit halber in "vertikaler" Einbaulage dargestellt sind, mit beliebigen Orientierungen ihrer zentralen Längsachsen 21 montiert werden. Das Lager 40 hat einen insgesamt doppeltglockenförmigen Aufnahmeraum 14, der vollständig mit dilatanter Flüssigkeit 26, die die vorstehend ausführlich erläuterten Eigenschaften hat, ausgefüllt ist. Er ist symmetrisch bezüglich der senkrecht zur zentralen Achse 21 des Lagers 40 verlaufenden Mittelebene 42 einer lochplattenförmigen Zwischenwand 19 a ausgebildet, die im Inneren einer fest mit der Karosserie 11 verbundenen, zylindrischen oder topfförmigen Stützteils 43 angeordnet ist. Ein durch die zentrale Öffnung der lochplattenförmigen Zwischenwand 19 a hindurchtretender Stab 44 ist an seinen Enden mit End-Flanschen 46 und 47 versehen, die in der dargestellten Anordnung mittels je eines etwa tellerfederförmig gestalteten Dämmkörpers 23′ und 23′′ mit an die lochplattenförmige Zwischenwand 19 a angrenzenden inneren Mantelbereichen des Stützteiles 43 flüssigkeitsdicht verbunden sind. Der gemäß Fig. 4 obere Endflansch 47 ist mittels nicht eigens dargestellter Verbindungsmittel am Motor 12 eines Fahrzeuges festlegbar, desgleichen das Stützteil 43 an der Karosserie 11. Die beiden Dämmkörper 23′ und 23′′ sind so dimensioniert, daß ihre Gesamt-Steifigkeit z. B. derjenigen des Dämmkörpers 23 des Lagers 10 oder 20 gemäß den Fig. 1 und 2 entspricht. Der Durchmesser des Stabes 44 beträgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel 6+1 mm, die Weite des durch die zentrale Öffnung der lochplattenförmigen Zwischenwand 19 a und den Stab 44 begrenzten Ringspaltes 18 1,5-3 mm. Die zwischen den Endflanschen 46 und 47 gemessene Länge des Stabes beträgt 30±5 mm, der mittlere Durchmesser D′ des Aufnahmeraumes 14 30-40 mm. Durch Schwingungsbewegungen des Motors 12 und der Karosserie 11 gegeneinander treten in dem Ringspalt 18 in Richtung des Doppelpfeils 24 alternierend gerichtete Ausgleichs-Strömungsbewegungen der dilatanten Flüssigkeit 26 auf, die im erwünschten Frequenzbereich zu dem zur Unterdrückung überhöhter Resonanzamplituden ausgenutzten "Steifigkeitssprung" des Lagers 40 führen.

Auch bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motorlagers 50 ist ein vollständig mit dilatanter Flüssigkeit 26 ausgefüllter Aufnahmeraum 14 vorhanden, innerhalb dessen die dilatante Flüssigkeit 26 im Takt in Richtung des Doppelpfeiles 24 erfolgender Schwingungsbewegungen des Motors 12 und der Karosserie 11 des Fahrzeuges gegeneinander erzwungene Ausgleichs-Strömungsbewegungen ausführt, die im Resonanzfall den erwünschten Steifigkeitssprung des Lagers 50 bewirken. Ähnlich wie bei dem Lager 40 gemäß Fig. 4 ist eine innerhalb eines zylindrischen Stützteils 43, das mit der Karosserie 11 fest verbindbar ist, eine lochplattenförmige Zwischenwand 19 a vorgesehen, über deren zentrale Öffnung 18 ein oberer, kuppelförmiger Teil 14′ des Aufnahmeraumes 14 mit einem unteren, durch eine vorgenannte, gummielastische Membran 51 nach unten begrenzten, flachglockenförmigen Teil 14′′ des Aufnahmeraumes 14′ kommuniziert. Der kuppelförmige, obere Teil 14′ des Aufnahmeraumes 14 ist durch einen Dämmkörper 23 und ein kegelstumpfförmiges Stützteil 28, das mit dem Motor 12 fest verbunden bzw. verbindbar ist, begrenzt, deren Gestaltung im wesentlichen den mit denselben Bezugszeichen belegten Elementen der Fig. 2 entspricht. Der mittlere Durchmesser D′ des kuppelförmigen Teils 14′ des Aufnahmeraumes 14 beträgt zwischen 30 und 40 mm, vorzugsweise um 40 mm, der Durchmesser d der Öffnung 18 der lochplattenförmigen Zwischenwand 19 a beträgt zwischen 6 und 10 mm, vorzugsweise um 8 mm, die Dicke der Lochplatte 5 mm. Bei diesen geometrischen Relationen beträgt das Flüssigkeitsvolumen, das bei einer Schwingungsamplitude von 0,2 mm - einen unterkritischen Wert der Viskosität der dilatanten Flüssigkeit 26 vorausgesetzt - von dem einen Teilraum 14′ in den anderen Teilraum 14′′ des Aufnahmeraumes 14 überströmt, ca. 250 mm³. Die damit verknüpfte Scherung der dilatanten Flüssigkeit im Bereich der Öffnung 18 der lochplattenförmigen Zwischenwand 19 a entspricht etwa dem für ein Ansprechen des Lagers im Sinne eines Steifigkeitssprunges erforderlichen Mindestwert γ _min . Der mit einem Überschreiten des kritischen Wertes S der Schergeschwindigkeit verknüpfte Viskositätssprung der dilatanten Flüssigkeit 26 wirkt sich bei dem Lager 50 dahingehend aus, daß die Öffnung 18 gleichsam "verschlossen" wird. Da in den übrigen Bereichen des Aufnahmeraumes 14 jedoch der genannte kritische Wert des Produktes ω · x₀ nicht überschritten wird, und damit die dilatante Flüssigkeit 26 im größten Teil des Volumens des oberen Teilraumes 14′ niederviskos bleibt, ist der bei dem Lager 50 erzielbare Steifigkeitssprung nicht so stark ausgeprägt wie bei den anhand der Fig. 1-4 erläuterten Lagern 10, 20, 30 und 40, bei denen, wenn in dem Ringspalt 18 ein überkritischer Wert des Produktes ω · x₀ erreicht ist, eine gleichsam starre Verbindung der ansonsten gegeneinander schwingungsfähigen Massen 11 und 12 erzielt wird. Der mit dem Lager 50 erzielbare Steifigkeitssprung um einen Faktor 5, verglichen mit der Steifigkeit des Dämmkörpers 23, ist jedoch ausreichend um eine wirksame Reduzierung der Resonanzüberhöhung im Eigenschwingungsbereich des Lager- Massensystems 11, 50, 12 zu erzielen. Ein wesentlicher Vorteil des Lagers 50 besteht in seiner einfachen baulichen Gestaltung und seinem vergleichsweise geringen Raumbedarf.

Dies gilt a forteriori für das in der Fig. 6 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel eines Motorlagers 60, das lediglich einen nach Größe und Form dem oberen Teil 14′ des Aufnahmeraumes 14 des Lagers 50 gemäß Fig. 4 entsprechenden, kuppelförmigen Aufnahmeraum 14 für die dilatante Flüssigkeit 26 hat, der karosserieseitig durch den Boden 16 eines zylindrisch-topfförmigen Stützteils 43 begrenzt ist und zum Motor 12 hin durch ein mit diesem verbundenes, sich nach unten verjüngendes, kegelstumpfförmiges Stützteil 28 sowie durch einen Dämmkörper 23 begrenzt ist, dessen Form und Anordnung demjenigen gemäß Fig. 5 entspricht, wobei der Dämmkörper 23 an der konischen Mantelfläche des Stützteils 28 und der inneren Mantelfläche des Topfmantels auf deren gesamter Höhe anvulkanisiert ist. Die entlang der zentralen Achse 21 gemessenen Höhen des Stützteils 28 und des glockenförmigen Aufnahmeraumes 14 betragen jeweils 15 mm. Die Wanddicke des letzteren 5 mm. Der rechtwinklig zur Längsachse 21 gemessene Innendurchmesser des Stützteils 43 beträgt 50 mm, die vom Boden 16 aus gemessene Höhe seines Zylindermantels 20 mm. Der Aufnahmeraum 14 hat eine Füllung mit in dichtester Kugelpackung angeordneten gummielastischen Kugeln 61, die elastisch deformierbar, jedoch inkompressibel sind. Ihr Durchmesser beträgt zwischen 1 mm und 15 mm. Der zwischen den Kugeln 61 verbleibende Restraum ist vollständig mit der dilatanten Flüssigkeit 26 verfüllt. Unter dem Einfluß der Schwingungen des Lager- Massen-Systems 11, 60, 12 auftretende Deformationen der Kugeln 66 führen in dem Aufnahmeraum 14 zu erzwungenen Ausgleichs- und damit Scherbewegungen der dilatanten Flüssigkeit 26, die, wenn der für das Lager 60 charakteristische kritische Wert des Produktes ω · x₀ überschritten wird, im gesamten Volumen des Aufnahmeraumes 14 ihren Viskositätssprung erfährt und in diesem Falle ein die Kugeln 61 umschließendes, quasi starres Stützgitter bildet, das eine wirksame Versteifung des Lagers 60 vermittelt.

Mit Ausnahme des Dämmkörpers 23 sind die Kugeln 61 mit den den kuppelförmigen Aufnahmeraum 14 begrenzenden Teilen 28 und 43 des Lagers 60 sowie untereinander verklebt.

Das Lager 60 zeichnet sich durch eine besonders einfache Gestaltung aus. Verglichen mit den weiter erläuterten Motorlagern 10 bis 50, die in typischer Gestaltung mit den den Fig. 1 bis 5 entnehmbaren Dimensionsverhältnissen eine zwischen der Karosserie 11 und dem Motor 12 gemessene Gesamthöhe von ca. 50 bis 60 mm haben, hat das Lager 60 eine um ca. 30% geringere Bauhöhe.

Zum Einbringen dilatanter Flüssigkeit 26 in die Aufnahmeräume 14 der Lager 10, 20, 30, 40, 50 und 60 vorgesehene Einfüllkanäle sowie Entlüftungskanäle, die nach dem Befüllen der Lager z. B. mittels einer Schraubdichtung verschlossen werden, sind vorzugsweise an dem den jeweiligen Aufnahmeraum 14 begrenzenden Stützteil 13 bzw. Stützteil 43 angeordnet, können aber auch durch einen Tauchstempel 27 geführt sein. Eine zweckmäßige Anordnung solcher Kanäle, auf deren Darstellung der Einfachheit halber verzichtet worden ist, ist dem Fachmann ohne weiteres möglich.

Es versteht sich, daß die anhand der Fig. 1 bis 6 mit speziellem Bezug auf eine Verwendung als Motorlager erläuterten schwingungsisolierenden Lager auch für andere Einsatzzwecke geeignet sein können, in denen es auf eine wirksame Unterdrückung in einem begrenzten Frequenzbereich auftretender Resonanz-Schwingungsamplituden und in einem weiten Frequenzbereich ansonsten anregbarer Schwingungen auf eine gute Dämmung derselben ankommt.

Claims (13)

1. Lager, insbesondere Motorlager für Kraftfahrzeuge, mit einem aus einem Elastomer bestehenden, die schwingungsfähigen Massenkörper gegeneinander abstützenden Dämmkörper, der durch seine Nachgiebigkeit eine Dämmung der auftretenden Schwingungen vermittelt und mit einer Einrichtung, durch die unter Ausnutzung der Viskositätseigenschaften einer nicht-Newton′schen Flüssigkeit eine Reduzierung der Schwingungsamplituden im Eigenschwingungsbereich des Lager- Massen-Systems erzielbar ist, wobei die Flüssigkeit in einem Aufnahmeraum angeordnet ist, der durch die Relativbewegung der schwingenden Massen Formänderungen erfährt, aus denen in einem innerhalb des Aufnahmeraumes gebildeten Strömungspfad erzwungene Strömungsbewegungen der Flüssigkeit resultieren, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht-Newton′sche Flüssigkeit eine dilatante, durch Emulsions- Copolymerisation von α, β-monoolefinisch ungesättigten Mono- bzw. Dicarbonsäuren mit weiteren, üblichen monoolefinisch ungesättigten Monomeren hergestellte Copolymer-Dispersion eingesetzt ist, deren Copolymerisat-Gehalt zwischen 35% und etwa 55% beträgt, wobei diese dilatante Flüssigkeit (26), wenn sowohl ein Mindestwert γ _min der Scherung als auch ein Schwellenwert S der Schergeschwindigkeit überschritten sind, eine wesentlich, d. h. um das 2- bis 10⁶-fache der Ausgangsviskosität erhöhte Viskosität zeigt, und daß die geometrische Auslegung des Strömungspfades (18), in dem die dilatante Flüssigkeit (26) den erzwungenen Strömungsbewegungen unterworfen ist, einerseits dahingehend getroffen ist, daß im Bereich der Eigenschwingungsfrequenz des Lager-Massen-Systems die kritischen Werte γ _min und S der Scherung γ und der Schergeschwindigkeit erreicht bzw. überschritten werden, und andererseits dahingehend, daß der für diese Auslegung des Strömungspfades charakteristische Mindestwert γ _min der Scherung größer ist als ein mit der Anregung höherfrequenter akustischer Schwingungen, deren Maximalamplituden kleiner sind als die im Eigenschwingungsbereich auftretenden Schwingungsamplituden, verknüpfter Wert der Scherung γ der dilatanten Flüssigkeit (26).

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Copolymerisation unter Verwendung zusätzlicher kleiner Mengen von mehrfach olefinisch ungesättigten Monomeren erfolgt ist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (14) in an sich bekannter Weise innerhalb eines fest mit der Karosserie (11) des Fahrzeuges verbundenen rohr- oder topfförmigen Stützteils (13; 43) angeordnet ist, und daß ein mit dem Motor (12) verbundener Tauchstempel (27) vorgesehen ist, der in die Flüssigkeit hineinragt, wobei durch den Tauchstempel (27) und den Aufnahmeraum (14) ein Ringspalt (18) begrenzt ist, in dem die Flüssigkeit (26) den erzwungenen Strömungsbewegungen unterworfen ist.

4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Ringspaltes (18) zur Querschnittsfläche des durch den Ringspalt hindurchtretenden Tauchstempels (27) zwischen 0,02 und 1 beträgt.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche des Ringspaltes (18) zur Querschnittsfläche des durch den Ringspalt hindurchtretenden Tauchstempels (27) zwischen 0,05 und 0,2 beträgt.

6. Lager nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Tauchstempels 30±5 mm beträgt und die Eintauchtiefe ¹/₃ bis ²/₃ der Länge des Tauchstempels (27) entspricht (Fig. 1).

7. Lager nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (14) gegenüber einem durch den Dämmkörper (23) begrenzten, glockenförmigen Ausgleichsraum durch eine Lochplatte (19) abgesetzt ist, durch die ein zylindrischer Abschnitt (31) des Tauchstempels (27) hindurchtritt, wobei die Öffnung der Lochplatte (19) und der zylindrische Abschnitt (31) des Tauchstempels (27) den Ringspalt (18) begrenzen, daß, in der Ruhelage des Lagers (20, 30) gesehen, der Flüssigkeitsspiegel der dilatanten Flüssigkeit (26) zwischen dem unteren Rand des Ringspaltes (18) und der Mittelebene des Ringspaltes (18) verläuft, wobei die axiale Ausdehnung des Ringspaltes (18) mindestens dem zehnfachen Wert der maximalen Schwingungsamplituden der Relativ-Bewegungen von Motor und Karosserie entspricht, daß der Querschnitt des Aufnahmeraumes (14) unterhalb der Lochplatte größer ist als derjenige der Öffnung der Lochplatte, und daß der Tauchstempel einen verdickten Endabschnitt (32) aufweist, der innerhalb einer Erweiterung des Aufnahmeraumes (14) angeordnet ist, deren Hohlform zur Form des verdickten Abschnittes (32) des Tauchstempels (27) geometrisch ähnlich ist, wobei, in der Ruhelage des Lagers, die Schichtdicke der den Endabschnitt umgebenden Flüssigkeitsschicht zwischen 3 und 8 mm beträgt.

8. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verdickte Abschnitt (32) die Form eines sich zum Ende hin erweiternden Kegelstumpfes hat.

9. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verdickte Endabschnitt (32) des Tauchstempels (27) als Kugelkopf ausgebildet ist (Fig. 3).

10. Lager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (14) durch beidseits innerhalb eines rohr- oder topfförmigen Stützteils (43) angeordnete und über dieses mit einem der beiden schwingungsfähigen Massenkörper (11 bzw. 12) fest verbundenen lochplattenförmigen Zwischenwand (19 a) flüssigkeitsdicht angeordnete, tellerfederförmige Dämmkörper (23′ und 23′′) bezüglich der Mittelebene (42) der Lochplatte (19) symmetrisch begrenzt ist, daß der Aufnahmeraum (14) mit der dilatanten Flüssigkeit (26) vollständig gefüllt ist, und daß in den Aufnahmeraum (14) ein durch die zentrale Öffnung (18) der lochplattenförmigen Zwischenwand (19 a) hindurchtretender Kopplungsstab (44) entlang der zentralen Achse (21) des Lagers (40) verlaufend angeordnet ist, der mittels eines ersten Endflansches (47) mit der einen, gegen das Stützteil (43) schwingungsfähigen Masse (12 bzw. 11) sowie mit dem einen Dämmkörper (23′) verbunden ist und mittels eines zweiten Endflansches (46) zentral an dem anderen Dämmkörper (23′′) befestigt ist.

11. Lager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem einen der beiden schwingungsfähigen Körper (11 bzw. 12) verbindbares zylindrisch-topfförmiges Stützteil (43) vorgesehen ist, innerhalb dessen in mittlerer Höhe eine mit einer zentralen Blendenöffnung (18) versehene lochplattenförmige Zwischenwand (19 a) angeordnet ist, die einen durch eine flachtellerförmige, elastische Membran (51) begrenzten Teilraum (14′′), der an der dem Boden des Stützteils (43) zugewandten Seite der lochplattenförmigen Zwischenwand (19 a) angeordnet ist, gegen einen glockenförmigen, durch den Dämmkörper (23), der mit dem anderen schwingungsfähigen Körper (12 bzw. 11) verbunden ist, begrenzten, kuppelförmigen Teilraum (14′) des Aufnahmeraumes (14) absetzt, und daß der Aufnahmeraum (14) vollständig mit dilatanter Flüssigkeit (26) ausgefüllt ist.

12. Lager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (14) in dichtester Kugelpackung mit gummielastischen Kugeln (61) verfüllt ist, und daß der von der Kugelfüllung nicht eingenommene Teil des Aufnahmeraumes (14) vollständig mit dilatanter Flüssigkeit (26) verfüllt ist.

13. Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (61) mit den den Aufnahmeraum (14) begrenzenden Teilen (28 und 43) des Lagers (60) sowie untereinander verklebt sind.